CN111146504B - 锂离子电池制备方法及其锂电池 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池制备方法及其锂电池，锂离子电池制备方法包括以下步骤：将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面，并且将绝缘层涂覆在铝箔的B面；将金属锂电镀在铜箔的A面，并且将绝缘层涂覆在铜箔的B面；将隔膜设置在正极片与负极片之间，并且将正极片的A面与负极片B面相对设置或者将负极片A面与正极片的B面相对设置；对电芯组进行卷绕操作或者将多个电芯组层叠设置。本发明的锂离子电池制备方法通过设置一种单面活性材料的正极片及采用锂金属作为负极的负极片，从而能够使得电池的能量密度得到提高，同时，在正极片与负极片上设置绝缘层，从而能够对产生的锂枝晶进行阻隔，由此防止锂枝晶与正极片接触造成短路。

Description

锂离子电池制备方法及其锂电池
技术领域
本发明涉及电池制备技术领域，特别是涉及一种锂离子电池制备方法及其锂电池。
背景技术
锂离子电池是目前使用最广泛的化学储能装置，其具有污染小、循环效率高、容量和能量灵活调整、响应快及商业化程度高等特点。但低能量密度限制了其在电动出行领域的大规模应用，使用石墨作为负极的锂离子电池已经很难满足能量密度的需求，开发新型高容量负极是下一代锂离子电池的重要前提。相比于目前大量使用的石墨负极，锂金属负极可以提供更多的容量(3860mAh/g)和更负的电势，因此锂金属为负极的高能量密度的锂硫电池和锂空气燃料电池受到研究人员的广泛关注。
然而，锂金属负极的商业化应用还存在很多问题，其中最重要的一个便是枝晶的生长，在循环过程中，由于锂金属表面不平整，造成锂金属的不均匀的沉积和析出。这种锂金属部分区域优先生长会产生树枝状的锂枝晶，在循环过程中，锂枝晶不断地生长直至刺穿隔膜导致电池内正负极接触造成短路，进而引起电池起火甚至爆炸。因此，如何设计一种能够避免锂枝晶刺穿隔膜导致电池内正负极接触造成短路的锂离子电池是本领域研发人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够避免锂枝晶刺穿隔膜导致电池内正负极接触造成短路的锂离子电池制备方法及其锂电池。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种锂离子电池制备方法，包括以下步骤：
将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面，将正极极耳焊接在铝箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铝箔的B面，得到正极片；
将金属锂电镀在铜箔的A面，将负极极耳焊接在铜箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铜箔的B面，得到负极片；
将隔膜设置在所述正极片与负极片之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，得到电芯组；
对所述电芯组进行卷绕操作或者将多个所述电芯组层叠设置，得到电芯组件；
将所述电芯组件封装在铝塑膜内，并且在所述铝塑膜内注入电解液，得到锂离子电池。
在其中一个实施例中，在所述将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面的步骤中，所述正极活性物质混合物包括正极活性物质、导电炭黑及聚偏氟乙烯，所述正极活性物质、所述导电炭黑及所述聚偏氟乙烯按97:2:1的比例在1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中混合均匀，得到正极活性物质混合物。
在其中一个实施例中，所述正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种。
在其中一个实施例中，在所述将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面的步骤中，还包括，对正极活性物质混合物涂布后的铝箔进行烘干、辊压及裁切操作，得到具有正极活性物质层的铝箔片。
在其中一个实施例中，所述绝缘层为绝缘漆、绝缘胶、纤维、橡胶、塑料中的一种或多种。
在其中一个实施例中，在所述铝塑膜内注入电解液的步骤中，还包括，对注入电解液后的电芯组件进行化成加工。
在其中一个实施例中，所述电解液为1.3MLiPF6溶液，溶剂为EC、DMC和EMC的混合液。
在其中一个实施例中，所述溶剂的体积比为1:1:1。
在其中一个实施例中，所述隔膜为聚丙烯微孔隔膜。
一种锂电池，由上述锂离子电池制备方法制成。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、本发明的锂离子电池制备方法通过设置一种单面活性材料的正极片及采用锂金属作为负极的负极片，从而能够使得电池的能量密度得到提高，同时，在正极片与负极片上设置绝缘层，从而能够对产生的锂枝晶进行阻隔，由此防止锂枝晶与正极片接触造成短路；
2、本发明的锂离子电池制备方法提供一种新型的锂金属作为负极的锂离子电池结构，而且结构简单巧妙，工艺生产难度较低，且生产操作方便；
3、本发明的锂离子电池制备方法制备的锂电池结构解决了金属锂作为锂金属电池负极在循环过程中产生锂枝晶所导致的锂离子电池内部短路的问题，保证了使用该正负极极片的锂金属电池在循环过程中不会因负极锂枝晶的生长而导致短路；
4、本发明的锂离子电池制备方法制备的锂电池结构具备较高的能量密度；
5、本发明的锂离子电池制备方法制备的锂电池结构行充放电循环10次后仍没有发生内部短路，而现有技术的锂金属电池进行充放电循环6次后就因内部短路烧毁，因此使用新型结构制备的锂金属电池比现有技术的锂金属电池具有更好的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例中的锂离子电池制备方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例中的锂电池电芯组件的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，本文所使用关于元件与另一个元件“连接”的相关表述，也表示元件与另一个元件“连通”，流体可以在两者之间进行交换连通。
一实施方式中，一种锂离子电池制备方法，包括以下步骤：将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面，将正极极耳焊接在铝箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铝箔的B面，得到正极片；将金属锂电镀在铜箔的A面，将负极极耳焊接在铜箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铜箔的B面，得到负极片；将隔膜设置在所述正极片与负极片之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，得到电芯组；对所述电芯组进行卷绕操作或者将多个所述电芯组层叠设置，得到电芯组件；将所述电芯组件封装在铝塑膜内，并且在所述铝塑膜内注入电解液，得到锂离子电池。本发明的锂离子电池制备方法通过设置一种单面活性材料的正极片及采用锂金属作为负极的负极片，从而能够使得电池的能量密度得到提高，同时，在正极片与负极片上设置绝缘层，从而能够对产生的锂枝晶进行阻隔，由此防止锂枝晶与正极片接触造成短路。
为了更好地对上述锂离子电池制备方法进行说明，以更好地理解上述锂离子电池制备方法的构思。请参阅图1与图2，一种锂离子电池制备方法，包括以下步骤：
步骤S100，将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面，将正极极耳焊接在铝箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铝箔的B面，得到正极片100。
具体的，正极片100包括铝箔110、正极活性物质混合物120、正极极耳130及绝缘层，将铝箔110的正面设定成A面，将铝箔110的反面设定成B面，然后再将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面，使得铝箔的A面形成正极活性物质层，由此能够使得制备出了的锂电池具备较好的循环性能和提高电池的容量；通过在铝箔的B面焊接正极极耳130，以及在铝箔的B面涂覆绝缘层，如此，使得铝箔的B面上形成保护结构，由此能够通过铝箔的B面上的绝缘层对锂枝晶进行阻挡，从而防止铝箔110被锂枝晶刺穿。
步骤S200，将金属锂电镀在铜箔的A面，将负极极耳焊接在铜箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铜箔的B面，得到负极片200。
具体的，负极片200包括铜箔210、金属锂220、负极极耳230及绝缘层，将铜箔210的正面设定成A面，将铜箔210的反面设定成B面；在负极片200的制造过程中，首先将负极极耳230焊接在铜箔的B面上，然后再将绝缘层涂覆在铜箔的B面上，使得铜箔的B面形成保护结构，由此能够通过绝缘层对锂枝晶进行阻挡，从而防止锂枝晶刺穿铜箔210后与铝箔110接触而导致短路现象，由此提高电池整体的安全性能。完成绝缘层的涂覆操作后，通过电镀加工将金属锂220电镀在铜箔210的A面，使得铜箔210的A面上形成锂金属层，由此能够提高锂离子电池的能量密度。
步骤S300，将隔膜300设置在所述正极片100与负极片200之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，得到电芯组。
具体的，将隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，亦即，使得正极片上的正极活性物质层及负极片上的绝缘层分别与隔膜300相贴合，或者使得正极片上的绝缘层及负极片上的锂金属层分别与隔膜300相贴合，如此，当金属锂220上的锂枝晶生长时，能够通过绝缘层进行阻挡，从而解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。例如，将隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置，此时，正极片上的正极活性物质层及负极片上的绝缘层分别与隔膜300相贴合，如此，当锂枝晶生长将隔膜300刺穿时，由于负极片上的绝缘层与隔膜300相贴合，从而能阻挡锂枝晶与正极片100上铝箔110接触，由此解决锂枝晶生长造成电池短路的问题；又如，将隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，此时，正极片上的绝缘层及负极片上的锂金属层分别与隔膜300相贴合，当锂枝晶生长将隔膜300刺穿时，由于正极片上的绝缘层与隔膜300相贴合，从而能阻挡锂枝晶与正极片100上的铝箔110接触，由此解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。在本实施例中，所述绝缘层为绝缘漆、绝缘胶、纤维、橡胶、塑料中的一种或多种，例如，绝缘层为绝缘胶，如此，能够对锂枝晶进行阻挡，从而防止锂枝晶与正极片100上的铝箔110接触，由此解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。
步骤S400，对所述电芯组进行卷绕操作或者将多个所述电芯组层叠设置，得到电芯组件。
具体的，对所述电芯组进行卷绕操作，从而得到卷绕状的电芯组件，由此能够制备卷芯锂离子电池；由于隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，如此，卷绕后的电芯组件在发生锂枝晶生长将隔膜300刺穿时，会通过负极片上的绝缘层或正极片上的绝缘层对锂枝晶进行阻隔，由此能够防止锂枝晶与正极片100上铝箔110接触，从而解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。又如，对多个所述电芯组层叠设置，从而得到叠片式锂离子电池；由于隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，如此，每一层金属锂220均位于负极片上的绝缘层与正极片上的绝缘层之间，当发生锂枝晶生长将隔膜300刺穿时，生长的锂枝晶会被负极片上的绝缘层与正极片上的绝缘层进行阻挡，由此能够防止锂枝晶与正极片100上铝箔110接触，从而解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。
步骤S500，将所述电芯组件封装在铝塑膜内，并且在所述铝塑膜内注入电解液，得到锂离子电池。
具体的，将电芯组件封装在铝塑膜内，并且在所述铝塑膜内注入电解液，然后经过化成加工后，从而能够得到锂离子电池。
一实施例中，在所述将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面的步骤中，所述正极活性物质混合物包括正极活性物质、导电炭黑及聚偏氟乙烯，所述正极活性物质、所述导电炭黑及所述聚偏氟乙烯按97:2:1的比例在1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中混合均匀，得到正极活性物质混合物。进一步地，所述正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种。
具体的，正极活性物质混合物由正极活性物质、导电炭黑及聚偏氟乙烯，按97:2:1的比例在1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中混合均匀制成，且正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种；例如，正极活性物质为钴酸锂，通过将钴酸锂作为正极活性物质，同时将钴酸锂、导电炭黑及聚偏氟乙烯按97:2:1的比例在1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中混合均匀，从而得到正极活性物质混合物，且采用钴酸锂、导电炭黑及聚偏氟乙烯组成的正极活性物质混合物能够提高电池的导电性能。
一实施例中，在所述将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面的步骤中，还包括，对正极活性物质混合物涂布后的铝箔进行烘干、辊压及裁切操作，得到具有正极活性物质层的铝箔片。
具体的，将正极活性物质混合物涂布后，通过对铝箔进行烘干与辊压，从而能够使得正极活性物质混合物成型在铝箔上，完成加工操作后，在对铝箔进行裁切，从而裁切成对应大小的铝箔结构。
一实施例中，在所述铝塑膜内注入电解液的步骤中，还包括，对注入电解液后的电芯组件进行化成加工，如此，通过对注入电解液后的电芯组件进行化成加工，从而能够得到锂离子二次电池；又如，所述电解液为1.3MLiPF6溶液，溶剂为EC、DMC和EMC的混合液，具体的，所述溶剂的体积比为1:1:1，如此，能够提高电池的电学性能，使得电池整体的能量密度更高。又如，所述隔膜为聚丙烯微孔隔膜，如此，能够提高电池隔膜的刚性及韧性，从而使得电池的电学性能得到提高。
请参阅图2，为一种由上述锂离子电池制备方法制备出来的锂电池电芯组件10，所述锂电池电芯组件10包括正极片100、负极片200及隔膜300，所述隔膜300设置于所述括正极片100与所述负极片200之间，所述正极片100包括铝箔110、正极活性物质混合物120、正极极耳130及绝缘层，所述正极活性物质混合物120设置于所述铝箔110的A面，所述正极极耳130焊接在所述铝箔110的B面，所述绝缘层设置于所述铝箔110的B面；所述负极片200包括铜箔210、金属锂220、负极极耳230及绝缘层，所述金属锂220设置于所述铜箔210的A面，所述负极极耳230焊接在所述铜箔210的B面，所述绝缘层设置于所述铜箔210的B面；所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置。
需要说明的是，隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，亦即，使得正极片上的正极活性物质层及负极片上的绝缘层分别与隔膜300相贴合，或者使得正极片上的绝缘层及负极片上的锂金属层分别与隔膜300相贴合，如此，当金属锂220上的锂枝晶生长时，能够通过绝缘层进行阻挡，从而解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。例如，将隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置，此时，正极片上的正极活性物质层及负极片上的绝缘层分别与隔膜300相贴合，如此，当锂枝晶生长将隔膜300刺穿时，由于负极片上的绝缘层与隔膜300相贴合，从而能阻挡锂枝晶与正极片100上铝箔110接触，由此解决锂枝晶生长造成电池短路的问题；又如，将隔膜300设置在制备好的正极片100与负极片200之间，并且将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，此时，正极片上的绝缘层及负极片上的锂金属层分别与隔膜300相贴合，当锂枝晶生长将隔膜300刺穿时，由于正极片上的绝缘层与隔膜300相贴合，从而能阻挡锂枝晶与正极片100上的铝箔110接触，由此解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。在本实施例中，所述绝缘层为绝缘漆、绝缘胶、纤维、橡胶、塑料中的一种或多种，例如，绝缘层为绝缘胶，如此，能够对锂枝晶进行阻挡，从而防止锂枝晶与正极片100上的铝箔110接触，由此解决锂枝晶生长造成电池短路的问题。
一实施例中，在正极片100中，绝缘层的厚度大于或等于铝箔110的厚度，铝箔110的厚度大于或等于正极活性物质混合物120组成的正极活性物质层的厚度，如此，能够提高电池的整体性能，使得电池的电学性能更加稳定；又如，绝缘层的长度大于或等于铝箔110的长度，铝箔110的长度大于或等于正极活性物质混合物120组成的正极活性物质层的长度，如此，能够保证锂枝晶在生长时，绝缘层能够将铝箔110的表面进行完全覆盖，由此提高安全性能；又如，在负极片200中，绝缘层的厚度大于或等于铜箔210的厚度，铜箔210的厚度大于或等于金属锂220的厚度，如此，能够提高电池的整体性能，使得电池的电学性能更加稳定；又如，绝缘层的长度大于或等于铜箔210的长度，铜箔210的长度大于或等于金属锂220的长度，如此，能够保证锂枝晶在生长时，绝缘层能够将铜箔210的表面进行完全覆盖，由此提高安全性能。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、本发明的锂离子电池制备方法通过设置一种单面活性材料的正极片及采用锂金属作为负极的负极片，从而能够使得电池的能量密度得到提高，同时，在正极片与负极片上设置绝缘层，从而能够对产生的锂枝晶进行阻隔，由此防止锂枝晶与正极片接触造成短路；
2、本发明的锂离子电池制备方法提供一种新型的锂金属作为负极的锂离子电池结构，而且结构简单巧妙，工艺生产难度较低，且生产操作方便；
3、本发明的锂离子电池制备方法制备的锂电池结构解决了金属锂作为锂金属电池负极在循环过程中产生锂枝晶所导致的锂离子电池内部短路的问题，保证了使用该正负极极片的锂金属电池在循环过程中不会因负极锂枝晶的生长而导致短路；
4、本发明的锂离子电池制备方法制备的锂电池结构具备较高的能量密度；
5、本发明的锂离子电池制备方法制备的锂电池结构行充放电循环10次后仍没有发生内部短路，而现有技术的锂金属电池进行充放电循环6次后就因内部短路烧毁，因此使用新型结构制备的锂金属电池比现有技术的锂金属电池具有更好的循环性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面，将正极极耳焊接在铝箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铝箔的B面，得到正极片；
将金属锂电镀在铜箔的A面，将负极极耳焊接在铜箔的B面，并且将绝缘层涂覆在铜箔的B面，得到负极片；
将隔膜设置在所述正极片与负极片之间，并且将所述正极片的A面与所述负极片B面相对设置或者将所述负极片A面与所述正极片的B面相对设置，得到电芯组；
对所述电芯组进行卷绕操作或者将多个所述电芯组层叠设置，得到电芯组件；
将所述电芯组件封装在铝塑膜内，并且在所述铝塑膜内注入电解液，得到锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，在所述将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面的步骤中，所述正极活性物质混合物包括正极活性物质、导电炭黑及聚偏氟乙烯，所述正极活性物质、所述导电炭黑及所述聚偏氟乙烯按97:2:1的比例在1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中混合均匀，得到正极活性物质混合物。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述正极活性物质为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，在所述将正极活性物质混合物涂布在铝箔的A面的步骤中，还包括，对正极活性物质混合物涂布后的铝箔进行烘干、辊压及裁切操作，得到具有正极活性物质层的铝箔片。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述绝缘层为绝缘漆、绝缘胶、纤维、橡胶、塑料中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，在所述铝塑膜内注入电解液的步骤中，还包括，对注入电解液后的电芯组件进行化成加工。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述电解液为1.3MLiPF6溶液，溶剂为EC、DMC和EMC的混合液。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述溶剂的EC、DMC和EMC的体积比为1:1:1。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池制备方法，其特征在于，所述隔膜为聚丙烯微孔隔膜。
10.一种锂电池，其特征在于，由上述权利要求1-9中任意一项所述的锂离子电池制备方法制成。
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